Cristina Cavazzuti
Daniela Damiano
Biologia
Cavazzuti, Damiano, Biologia © Zanichelli editore 2015
Capitolo 1 La vita e le sue molecole
1. La biologia studia le caratteristiche della vita
2. L’acqua e le sue proprietà
3. I composti del carbonio
4. I carboidrati e i lipidi
5. Le proteine e gli acidi nucleici
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Lezione 1
La biologia studia le
caratteristiche della vita
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1. Per studiare la natura occorre applicare
il metodo scientifico
La parola biologia deriva dal greco bios, vita, e
logos, discorso. La biologia studia quindi la
vita. Fin dall’antichità gli uomini hanno
appreso alcune nozioni di biologia per
sopravvivere (distinzione tra piante velenose
e piante commestibili, per esempio).
Aristotele (343 a.C.) fu il primo a compiere
studi di biologia accurati.
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1. Per studiare la natura occorre applicare
il metodo scientifico
Un fondamentale contributo alla scienza della
vita venne dall’invenzione del microscopio a
opera di Antony Van Leeuwenhoek.
Grazie a Galileo Galilei la biologia divenne una
scienza sperimentale: egli introdusse il metodo
scientifico che consente la verifica delle ipotesi
attraverso l’esperimento.
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2. Le proprietà uniche degli esseri viventi
Per distinguere la vita dalla non vita i
biologi hanno identificato delle
proprietà comuni a tutti gli esseri
viventi:
1. organizzazione;
2. autoregolazione;
3. crescita e sviluppo;
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2. Le proprietà uniche degli esseri viventi
4. dipendenza da fonti esterne;
5. risposta agli stimoli;
6. riproduzione;
7. evoluzione.
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3. L’organizzazione gerarchica della
materia e della vita
La cellula è formata da atomi che costituiscono la materia.
Gli atomi possono associarsi e formare molecole.
In natura esistono due tipi di cellule:
• le cellule procariotiche, come quelle dei batteri;
• le cellule eucariotiche, che costituiscono le piante, gli animali e i
funghi.
Le cellule procariotiche hanno dimensioni più piccole e
struttura più semplice.
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3. L’organizzazione gerarchica della
materia e della vita
Cellule simili formano i tessuti, che
possono unirsi in organi, sistemi che
insieme formano un organismo.
Gli organismi della stessa specie
formano una popolazione.
Le popolazioni che vivono in uno stesso
luogo compongono la comunità.
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4. In passato si pensava che gli organismi
nascessero anche dalla materia inanimata
Fino al diciassettesimo secolo la teoria della generazione spontanea fu
sostenuta da molti studiosi e pensatori.
Nel 1668 Francesco Redi sottopose tale teoria a verifica sperimentale.
La carne chiusa nel contenitore,
pur diventando putrida, non
generò alcuna forma di vita.
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4. In passato si pensava che gli organismi
nascessero anche dalla materia inanimata
Fu Louis Pasteur, nel 1861, a confutare
definitivamente la teoria della
generazione spontanea.
Secondo la teoria della biogenesi tutti gli
esseri viventi sono generati da altri esseri
viventi.
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Lezione 2
L’acqua e le sue
proprietà
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5. Gli elementi chimici indispensabili alla
vita sono sei
Tutta la materia presente nell’Universo è fatta da atomi, che
combinandosi tra loro possono formare elementi (sostanze pure
formate da atomi uguali) o composti (sostanze formate da atomi
diversi).
Il 96% della materia vivente è costituita da sei elementi: ossigeno,
carbonio, idrogeno, azoto, fosforo e zolfo.
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6. La vita sulla Terra dipende dalle speciali
proprietà dell’acqua
Gli elettroni del legame covalente non sono condivisi alla pari tra i
due elementi. Il nucleo dell’ossigeno attira maggiormente a sé gli
elettroni rispetto al nucleo dell’idrogeno.
L’estremità della molecola corrispondente all’ossigeno presenta
una parziale carica negativa, mentre l’estremità corrispondente agli
atomi di idrogeno risulta positiva.
La molecola è polare.
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6. La vita sulla Terra dipende dalle speciali
proprietà dell’acqua
Il legame chimico tra un atomo di
idrogeno leggermente positivo di
una molecola e un atomo di
ossigeno leggermente negativo di
un’altra molecola è chiamato
legame a idrogeno.
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7. Coesione e adesione determinano i
fenomeni di capillarità e di tensione
superficiale
La coesione è la tendenza delle molecole a
rimanere unite tra loro.
La forza di adesione è la forza di attrazione
tra molecole di materiali diversi.
Coesione e adesione sono alla base del
fenomeno della capillarità, che permette il
trasporto dell’acqua dalle radici alle foglie della
pianta.
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7. Coesione e adesione determinano i
fenomeni di capillarità e di tensione
superficiale
Per la loro polarità, le molecole
situate sulla superficie
dell’acqua formano una specie
di pellicola capace di sostenere
il peso dell’insetto.
La forza che genera tale
fenomeno si chiama tensione
superficiale.
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8. Il ghiaccio è meno denso
dell’acqua liquida
La densità è definita come la
massa di un corpo divisa per il
volume che occupa.
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8. Il ghiaccio è meno denso
dell’acqua liquida
Le sostanze a densità minore
galleggiano su quelle a densità
maggiore; pertanto il ghiaccio
galleggia sull’acqua.
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9. L’acqua ha un elevato calore specifico
Il calore specifico è la capacità di
resistere alle variazioni di temperatura.
Grazie ai legami a idrogeno,
l’acqua non disperde il
calore.
Inoltre, mantiene costante
la temperatura corporea
grazie all’evaporazione.
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10. L’acqua è un ottimo solvente per le
sostanze polari
Una soluzione è un miscuglio omogeneo di due o più sostanze, cioè
una miscela in cui non è possibile distinguere i singoli componenti.
La sostanza che scioglie le altre ed è presente in maggiore quantità è
detta solvente. Quella in minore quantità è detta soluto.
L’acqua è il principale solvente contenuto nelle cellule, nel sangue
degli animali e nella linfa delle piante.
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10. L’acqua è un ottimo solvente per le
sostanze polari
Le molecole che formano facilmente
soluzioni acquose, come il sale e lo
zucchero, sono dette idrofile.
Le molecole apolari, come quelle dei grassi, tendono ad essere
insolubili in acqua e sono dette idrofobiche.
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11. Una soluzione può essere
acida, basica o neutra
Un composto che libera H+ è definito acido.
Una sostanza che in acqua causa una diminuzione della concentrazione
di ioni H+ è detta base.
I chimici esprimono il
grado di acidità di una
soluzione mediante la
scala del pH.
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Lezione 3
I composti del carbonio
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12. Le biomolecole sono composti che si
trovano solo negli organismi viventi
Le molecole che si trovano esclusivamente negli organismi viventi
sono chiamate biomolecole. Le biomolecole contengono atomi di
carbonio.
Le biomolecole fanno parte di un gruppo molto ampio di composti
del carbonio chiamati composti organici.
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13. I composti organici costituiti solo da
carbonio e idrogeno sono gli idrocarburi
Le molecole degli idrocarburi possono assumere diverse forme:
lineare, ramificata o ad anello.
Ogni atomo di carbonio forma complessivamente quattro legami.
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14. I gruppi funzionali e le proprietà dei
composti organici
Quando sulle catene carboniose si
inseriscono atomi o gruppi di
atomi diversi dal carbonio, questi
vengono chiamati gruppi
funzionali.
I gruppi funzionali conferiscono
alla molecola a cui si legano
particolari proprietà fisiche e
chimiche.
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15. Molte biomolecole sono «catene» di
piccole unità
Le macromolecole sono polimeri
formati dall’unione di molte
molecole più piccole (monomeri)
unite mediante legami covalenti.
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15. Molte biomolecole sono «catene» di
piccole unità
Quando un qualsiasi tipo di monomero si lega a un altro, avviene
una reazione di condensazione.
Quando un polimero viene scomposto nei suoi monomeri, avviene
una reazione di idrolisi.
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Lezione 4
I carboidrati e i lipidi
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16. I carboidrati più semplici sono i
monosaccaridi
I monosaccaridi sono formati da una sola molecola di
zucchero. Gli zuccheri sono molecole costituite da atomi
di carbonio, idrogeno e ossigeno.
I composti che hanno una diversa disposizione degli
atomi (formula di struttura) e stessa formula grezza
sono degli isomeri.
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17. L’unione di monosaccaridi forma
disaccaridi, oligosaccaridi e polisaccaridi
Il saccarosio è un disaccaride formato da una molecola di glucosio e
una di fruttosio, tramite un legame glucosidico.
Gli oligosaccaridi sono costituiti dall’unione di alcune molecole di
monomeri e di solito si legano a proteine o a lipidi.
I polisaccaridi sono formati da numerose molecole di monosaccaridi,
sono poco solubili in acqua e non sono dolci. Inoltre hanno funzione di
riserva e di sostegno per le cellule vegetali e animali.
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18. La classe dei lipidi comprende composti
diversi, ma tutti insolubili in acqua
I lipidi sono tutti idrofobici, cioè non si sciolgono in acqua.
I trigliceridi (o grassi) sono formati da una molecola di glicerolo (a
tre atomi di carbonio) alla quale si legano tre catene di idrocarburi
(acidi grassi).
I grassi possono essere saturi o insaturi, a seconda del numero di
atomi di idrogeno presenti nei legami (massimo per i grassi saturi).
I trigliceridi rappresentano una riserva di energia.
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18. La classe dei lipidi comprende composti
diversi, ma tutti insolubili in acqua
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18. La classe dei lipidi comprende composti
diversi, ma tutti insolubili in acqua
Nei fosfolipidi una catena di
acidi grassi è sostituita da un
gruppo fosfato.
Il gruppo fosfato ha carica
negativa ed è pertanto idrofilo.
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18. La classe dei lipidi comprende composti
diversi, ma tutti insolubili in acqua
Gli steroidi sono formati da
quattro strutture ad anello.
Alcuni di questi composti hanno la
funzione di messaggeri chimici all’interno
dell’organismo (ormoni steroidei) o tra
diversi organismi (feromoni).
Le cere sono costituite da un acido grasso legato a un alcool.
Hanno la proprietà di limitare la perdita d’acqua con una funzione di
rivestimento.
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Lezione 4
Le proteine e gli acidi
nucleici
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19. Gli amminoacidi sono i monomeri che
formano le proteine
Le proteine sono composte da una o più catene peptidiche, ciascuna
delle quali è formata da amminoacidi legati tra loro.
Ogni amminoacido è costituito da un atomo di
carbonio centrale al quale sono legati quattro
gruppi.
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19. Gli amminoacidi sono i monomeri che
formano le proteine
Gli amminoacidi sono legati tra loro a formare un legame peptidico,
che si forma tramite una reazione di condensazione.
L’ordine secondo cui si susseguono gli amminoacidi viene definita
struttura primaria.
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20. Le catene peptidiche si ripiegano
assumendo una precisa configurazione
spaziale
Tra gli amminoacidi si instaurano interazioni di tipo attrattivo o repulsivo.
La forma che assume la catena è denominata struttura secondaria.
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20. Le catene peptidiche si ripiegano
assumendo una precisa configurazione
spaziale
In seguito ai legami che si formano, le catene polipeptidiche si
ripiegano a formare la struttura terziaria.
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20. Le catene peptidiche si ripiegano
assumendo una precisa configurazione
spaziale
Le varie catene polipeptidiche che costituiscono una proteina
interagiscono tra loro dando luogo alla struttura quaternaria.
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20. Le catene peptidiche si ripiegano
assumendo una precisa configurazione
spaziale
Se la variazione che la forma della proteina
subisce è irreversibile, la molecola perde le sue
proprietà.
Tale processo è detto denaturazione.
Quando si cuoce un uovo, per esempio, l’albume
subisce un’alterazione del suo aspetto che è
irreversibile.
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21. Le proteine svolgono moltissime
funzioni biologiche
Le proteine svolgono diverse funzioni:
• hanno funzioni strutturali (capelli e le unghie);
• i muscoli sono costituiti da proteine contrattili;
• le reazioni chimiche sono regolate da proteine chiamate enzimi;
• alcune hanno funzione di trasporto (emoglobina) o protettiva;
• sono messaggeri chimici, come l’insulina;
• rappresentano un deposito di nutrienti (ovoalbumina).
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22. Le istruzioni per costruire le proteine
sono contenute negli acidi nucleici
Un nucleotide è un monomero costituito da uno zucchero, un
gruppo contenente fosforo e una base azotata.
Dalla polimerizzazione dei
nucleotidi si ottengono gli acidi
nucleici (DNA e RNA).
Nei polinucleotidi, un gruppo
fosfato si alterna a uno
zucchero, costituendo uno
scheletro zucchero-fosfato.
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22. Le istruzioni per costruire le proteine
sono contenute negli acidi nucleici
Lo zucchero può essere di due tipi:
• il ribosio, forma l’RNA o acido ribonucleico;
• il desossiribosio, forma il DNA o acido
deossiribonucleico.
In base alla struttura assunta dalle basi azotate, si
distinguono pirimidine e purine.
Il DNA è costituito da due catene polinucleotidiche
avvolte a formare una doppia elica. L’RNA è formato
da un’unica catena.
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